テンションコントローラ 駆動機器 ｜三菱電機 FA

張力制御ガイダンス

Chapter.1

張力制御の概要

1-1 張力制御とは？ 4

1-2 張力制御はこんなところで使われています 6

1-3 張力制御が応用される製品 7

1-4 例えば…スナック菓子の袋の製造工程 8

1-5 身のまわりで探してみよう 10

1-6 張力制御導入による効果 12

Chapter.2

張力制御の基礎

2-1 張力とは 16

2-2 トルクとは 17

2-3 張力に影響する力 17

Chapter.3

トルク制御と速度制御

3-1 トルク制御と速度制御 22

3-2 トルク制御と速度制御の使い分け 26

3-3 速度制御の例 26

3-4 システム設計フロー 28

Chapter.4

張力制御（トルク制御）の種類

4-1 手動制御 32

4-2 半自動制御（巻径検出式　別名：オープンループ方式） 35

4-3 全自動制御（張力フィードバック式　別名：クローズドループ方式） 38

Chapter.5

張力検出器とは

5-1 張力検出器とは 42

5-2 張力検出器の種類と特徴 43

5-3 張力と荷重 44

5-4 張力検出器の選定 45

5-5 張力検出器取付時の注意 47

Chapter.6

アクチュエータ

6-1 アクチュエータの種類と特徴 50

6-2 パウダクラッチ・ブレーキ 51

6-3 ヒステリシスクラッチ・ブレーキ 54

6-4 AC サーボモータ、インバータ／モータ 56

6-5 エアクラッチ・ブレーキについて（他社） 58

6-6 モータ制御とパウダ制御の違い 59

6-7 アクチュエータの選定フロー 60

6-8 アクチュエータの選定 61

Chapter.7

張力制御システム構築の基礎

7-1 基本の張力制御システム 76

7-2 張力制御システムの構成 81

7-3 テーパテンション制御 88

Chapter.8

用途例

8-1 ビジネスフォーム印刷機 90

8-2 オフセット印刷機 91

8-3 グラビア印刷機 92

8-4 スクリーン印刷機 93

8-5 アンワインダ 94

8-6 電線用巻出機 95

8-7 撚線機 96

8-8 打抜機 97

8-9 電線類のトラバース方式巻線機 98

8-10 インフレ押出し機＋２軸フィルム巻取り機 99

8-11 多連カッタ 100

8-12 スリッタ 101

8-13 ラミネータ 102

8-14 圧延機 103

8-15 フィルム洗浄装置 104

8-16 メッキ装置 105

8-17 蒸着機 106

8-18 巻取り機 107

8-19 厚み測定機 108

8-20 鋼板メッキ処理ライン 109

8-21 静電除去装置 110

8-22 スリッタ 111

8-23 ラミネータ 112

8-24 フィルム加工機 113

Chapter.9

トラブル事例集

Chapter.10

Q&A

10-1 パウダクラッチ・ブレーキのよくある質問 120

張力制御の概要

1-1 張力制御とは？

1-2 張力制御はこんなところで使われています

1-3 張力制御が応用される製品

1-4 例えば…スナック菓子の袋の製造工程

1-5 身のまわりで探してみよう

1

張

力

制

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概

要

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張

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と

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タ

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用

途

例

9

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集

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Ｑ

＆

巻取り

巻出し

パウダブレーキ

主軸モータ

張力検出器

張力検出器

■材料

　紙、フィルム、線材、糸など

主軸モータで主軸を駆動し、長尺材を左から右へ 送っています。モータの速度により送り速度（ライ ンスピード）が決定されますが、張力には関係があ りません。ただし、張力が大きくなると出力の大き なモータが必要になります。

主軸モータ

材料のたるみをなくし張力を発生させるには、パウ ダクラッチの入力回転速度が常に巻軸回転速度よ り速くなるように、巻取りモータの回転速度を設定 する必要があります。よって、パウダクラッチの入 力側と出力側で回転速度に差が生じるため、パウダ クラッチには滑り（スリップ）が発生します。一定の 張力を保つためには、巻太りに伴ってパウダクラッ チのトルクを大きくする必要があります。

巻取り部

送りモータで送りロールを駆動します。モータは速 度制御される場合と、トルク制御される場合があり、 主軸や他の送りロールとの間で、速度の同期や張力 が制御されます。

送りモータ

巻出し張力は、巻出し部に設けたパウダブレーキの ブレーキトルクによって決定されます。一定の張力 を保つためには、巻径の減少に伴ってブレーキトル クを小さくする必要があります。

巻出し部

張力制御に必要な機器

張力制御のメリット

…　加工精度向上

…　時間効率向上

…　材料効率向上

早く

正確に

ムダなく

パウダクラッチ

送りモータ

張力制御の概要

Chapter

1-1 張力制御とは？

紙やフィルムなどの長尺材に印刷・塗工・スリットなどのさ まざまな加工をロール to ロール方式で施します。このとき、 安定した加工をするには、材料の張力を適正でかつ精度よく 制御することが重要です。

1

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張

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Ａ

巻取り

巻出し

パウダブレーキ

主軸モータ

張力検出器

張力検出器

■材料

　紙、フィルム、線材、糸など

主軸モータで主軸を駆動し、長尺材を左から右へ 送っています。モータの速度により送り速度（ライ ンスピード）が決定されますが、張力には関係があ りません。ただし、張力が大きくなると出力の大き なモータが必要になります。

主軸モータ

材料のたるみをなくし張力を発生させるには、パウ ダクラッチの入力回転速度が常に巻軸回転速度よ り速くなるように、巻取りモータの回転速度を設定 する必要があります。よって、パウダクラッチの入 力側と出力側で回転速度に差が生じるため、パウダ クラッチには滑り（スリップ）が発生します。一定の 張力を保つためには、巻太りに伴ってパウダクラッ チのトルクを大きくする必要があります。

巻取り部

送りモータで送りロールを駆動します。モータは速 度制御される場合と、トルク制御される場合があり、 主軸や他の送りロールとの間で、速度の同期や張力 が制御されます。

送りモータ

巻出し張力は、巻出し部に設けたパウダブレーキの ブレーキトルクによって決定されます。一定の張力 を保つためには、巻径の減少に伴ってブレーキトル クを小さくする必要があります。

巻出し部

張力制御に必要な機器

張力制御のメリット

…　加工精度向上

…　時間効率向上

…　材料効率向上

早く

正確に

ムダなく

パウダクラッチ

送りモータ

1

張

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集

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Ｑ

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1-2 張力制御はこんなところで使われています

●検査する

品質管理

●材料を作る

フィルム、紙、箔、電線、繊維

●加工する

印刷 スリット

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Ｑ

＆

Ａ

1-3 張力制御が応用される製品

●スーパーマーケットのレジ袋の製造工程

レジ袋やゴミ袋などはイン フレーション式押出機で製 造します。加熱して融解し たポリエチレンやポリプロ ピレンなどの材料を筒状に してエアーブローで押し出

します。押し出された筒状の材料は冷却され てから中の空気を抜いて平らな袋状のシート にしてから巻き取ります。　

●紙やフィルム材料の張力が低い場合

紙やフィルム材料の張力が 低い場合は印刷時に材料が 弛 ん だ り し わ が 入 る こ と が あ り、 張 力 が 大 き す ぎ る 場 合 に は 印 刷 後 に 縮 ん だりすることがあります。 また張力が安定していない

と印刷時に色ずれの原因にもなります。

電子デバイス材料

電子デバイス材料

光学フィルム

光学フィルム

紙・プラスチック

紙・プラスチック

ハイテク繊維

ハイテク繊維

電子デバイス材料

電子デバイス材料

光学フィルム

光学フィルム

紙・プラスチック

紙・プラスチック

ハイテク繊維

ハイテク繊維

紙類

プラスチック

_シート

フィルム

ラミネート品

アルミ箔

銅箔

金属箔

電線類

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Ｑ

＆

1-4 例えば…スナック菓子の袋の製造工程

2 3 4 5 6 1

ポリプロピレン印刷

DES 蒸着

スリット

ラミネート

フィルム断面図

製袋

CPP 印刷

DPP 製造

DES 製造

2 3 4

5 6 1 DES

（２軸延伸ポリエチレン）

ポリエチレン CPP

（キャストポリプロピレン）

4

5 6 インク

ポリエチレン アルミ DPP

（２軸延伸ポリプロピレン）

2 3 1

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Ｑ

＆

Ａ

2 3 4 5 6 1

ポリプロピレン印刷

DES 蒸着

スリット

ラミネート

フィルム断面図

製袋

CPP 印刷

DPP 製造

DES 製造

2 3 4

5 6 1 DES

（２軸延伸ポリエチレン）

ポリエチレン CPP

（キャストポリプロピレン）

4

5 6 インク

ポリエチレン アルミ DPP

（２軸延伸ポリプロピレン）

2 3 1

スナック菓子の袋も張力制御の技術を用いて製造されます。この袋はアルミ層も含めると６層構造となっています。

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途

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例

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10

Ｑ

＆

主翼前縁

水平尾翼 垂直尾翼

1-5 身のまわりで探してみよう

●例えば…

燃費と航続距離の向上および CO2の排出削減を

目的として炭素繊維が注目されています。 炭素繊維の生成や炭素繊維を使った成型品の加 工にも張力制御の技術が用いられています。

航空機

●例えば…

航空機と同じ目的で炭素繊維の成型品の加工や ハイブリットカーや電気自動車用のリチウムイ オン電池にも張力制御の技術が用いられていま す。

自動車部品

ドア補強材

ボンネット

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張

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Ｑ

＆

Ａ

●例えば…

液晶テレビには、液晶の高機能シートやフィル ムコンデンサなどに、張力制御の技術が用いら れています。

偏光板、保護材

●例えば…

携帯電話には電子回路が内蔵されており、回路 はプリント基板上に実装されています。 電子部品の中のセラミックコンデンサという 1 〜 2mm サイズの直方体の部品は、張力制御を 用いて製造されています。

セラミックコンデンサ

ホイル

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概

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1-6 張力制御導入による効果

●張力制御をしないと…

張力制御をしない巻取りは、トイレットペーパーをほどいた 後に手で巻き戻した姿や、おもりのついてない状態でリール を巻き戻した姿を想像してください。

きれいに巻き取れない姿が容易に想像できると思います。

■ 1-6-1　巻取り姿の改善

材料を加工して巻き取る段階では、張力制御を用いることに より良好な巻姿にすることができますが、適切に張力制御が されなければ、次のように不具合が発生することになります。

菊模様：巻締まりにより中心部が潰れる 陥没：巻取り後に陥没する

湾弧・竹の子：巻取り時に材料がずれる 肩落ち：巻取り時に両サイドが欠ける

菊模様 陥没ロール

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Ｑ

＆

Ａ

■ 1-6-2　印刷品質の向上

過大張力

過小張力 張力が弱いと、しわのある状態で印刷することになり、印刷 パターンが途切れたりすることがあります。

張力が強すぎると、材料を伸ばした状態で印刷することにな り、張力がなくなると材料が縮んで、印刷も変形します。 適正な張力を保つことによってきれいな多色刷りに仕上がり ます。

各印刷ユニットの張力が不揃いであったり、変動があったり すると、色のはみ出し・にじみ・変形などが発生します。

張力制御不良

色ズレ

M

■ 1-6-3　スリッタの加工品質の向上

しわ

たるみ

不揃い

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Ｑ

＆

■ 1-6-4　ラミネータの加工品質の向上

カール

しわ

上下の張力を制御しないと、材料の伸縮の影響を受け、しわ やカールなどが発生します。

■ 1-6-5　コータの加工品質の向上

不均一な厚み

丸にならない

塗工前後の張力が不均一であれば、厚みが不均一になり、製 品に影響を及ぼします。

ポイント

!

張力制御はなぜ必要か？

張力を制御する目的は材料や機械によってさまざまです。

張力制御の基礎

2-1 張力とは

2-2 トルクとは

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事

例

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Ｑ

＆

張力制御の基礎

2

Chapter

2-1 張力とは

長尺材料を加工する機械ではいろいろな物理現象が発生しています。

しかしこれが私たちの身のまわりで発生している現象となかなか結びつかないものです。

●引っ張る力と引っ張られる力

F

F

f

f

両者が引っ張り合っていると、ロープに張力がかかります。 静止した状態では、引っ張る力（

F

F

は釣り合っており同じ張力がかかることは簡単に理解できま す。

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張

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御 )

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集

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Ｑ

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Ａ

外径（D ）

送りモータ モータトルク

ブレーキトルク 半径（　）

トルク（

T）

張力（

f ）

D

2

2-2 トルクとは

長尺材料を送り出すときの張力とトルクの関係について示し ます。トルクとは回転軸に作用する力のことです。

長尺材料を送り出す場合、巻軸の制動トルク（ブレーキトルク） がモータトルクよりも弱いため、材料は右側に送り出されま す。

この場合、材料が受ける張力（

f

T

T

f

となります。

張力

(

f

)

=

(

T

)

半径

(

D /

2)

2-3 張力に影響する力

張力：F

慣性モーメント （イナーシャ：I ）

角加速度：α

負荷トルク：Tb

摩擦抵抗 （メカロス）

Tn

D

2

次に、実際の機械で張力に影響する力の例を考えてみます。 長尺材料を送り出すときにどのような力が働くでしょうか？

◆引っ張ることによる張力：

F

◆慣性モーメント：

I

◆角加速度：α

◆加減速時の角加速度が変化するときに発生するトルク：

I

◆軸の摩擦による摩擦抵抗：

Tn

◆負荷トルク：

Tb

回転運動の運動方程式は

F

_×

₌

I

_×

α

+ T n + T b

張力 半径 慣性モーメント 角加速度 摩擦抵抗 負荷トルク

D

2

I

時には影響がなくなります。

摩擦抵抗

Tn

Tn

隙間精度やシールの種類によっても変化し、その値は一定で はありません。

Tb

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制

御 (

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御 )

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力

検

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と

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例

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Ｑ

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■ 2-3-1　慣性モーメント（イナーシャ）

慣性モーメントとは、回転体における回りにくさを表す指標 です。

直線運動の場合の質量は、力を加えられたときの「動きにくさ」 や「止まりにくさ」を表しています。

回転運動の場合の慣性モーメントは、回転させようとする力 が加わったときの「回転のしやすさ」や「回転の止まりにくさ」 を表しています。

例えば巻軸では、外径の大きいものや質量の大きいものは回 すまでは大変なのですが、一度回り始めると、回り続ける性 質を持っています。これが「慣性モーメントが大きい」とい うことです。

式で表すと次のようになります。

(

)

=

Σ [(

)

(

)]

慣性モーメント ( イナーシャ ) が大きい 慣性モーメント ( イナーシャ ) が小さい

減速 等速 加速

回転体を加減速させる場合には、イナーシャの考慮が必要です。 イナーシャ：

I

T

よって、回転体を引っ張って加速させる場合には、＋側（張 る側）のテンションとなって現れ、逆に減速させる場合には、 -側（ゆるむ側）になることを考慮する必要があります。 一定速の定常運転時は、角加速度α

=

0

1

張

力

制

御

の

概

要

2

張

力

制

御

の

基

礎

3

ト

ル

ク

制

御

と

速

度

制

御

4

張

力

制

御 (

ト

ル

ク

制

御 )

の

種

類

5

張

力

検

出

器

と

は

6

ア

ク

チ

ュ

エ

ー

タ

7

張

力

制

御

シ

ス

テ

ム

構

築

の

基

礎

8

用

途

例

9

ト

ラ

ブ

ル

事

例

集

10

Ｑ

＆

Ａ

■ 2-3-2　摩擦抵抗（メカロス）による力

ギヤ ベアリング

軸を回転させる場合には、摩擦抵抗が発生します。 軸を支える軸受けやギヤ、プーリなどに発生します。 この摩擦抵抗も張力に影響します。

低張力の制御を行う場合は、摩擦抵抗の影響が無視できない ので、対策が必要です。

ポイント

!

_{張力、トルク、慣性モーメント（イナーシャ）、摩擦抵抗（メカロス）の考え方}

1

張

力

制

御

の

概

要

2

張

力

制

御

の

基

礎

3

ト

ル

ク

制

御

と

速

度

制

御

4

張

力

制

御 (

ト

ル

ク

制

御 )

の

種

類

5

張

力

検

出

器

と

は

6

ア

ク

チ

ュ

エ

ー

タ

7

張

力

制

御

シ

ス

テ

ム

構

築

の

基

礎

8

用

途

例

9

ト

ラ

ブ

ル

事

例

集

10

Ｑ

＆

トルク制御と速度制御

3-1 トルク制御と速度制御

3-2 トルク制御と速度制御の使い分け

3-3 速度制御の例

1

張

力

制

御

の

概

要

2

張

力

制

御

の

基

礎

3

ト

ル

ク

制

御

と

速

度

制

御

4

張

力

制

御₍

ト

ル

ク

制

御 )

の

種

類

5

張

力

検

出

器

と

は

6

ア

ク

チ

ュ

エ

ー

タ

7

張

力

制

御

シ

ス

テ

ム

構

築

の

基

礎

8

用

途

例

9

ト

ラ

ブ

ル

事

例

集

10

Ｑ

＆

トルク制御と速度制御

Chapter

3

3-1 トルク制御と速度制御

張力制御の方法は大きく分けてトルク制御と速度制御の２つがあります。

トルク制御

ブレーキ

送りロール

送りモータ

パウダブレーキ

速度制御

送りロール

材料の速度を検出

送りモータ

サーボモータ

ダンサロール 動

同調

トルク制御の場合、長尺材料に働く 2-3 で述べた 3 つのトル クのうち張力を制御するために必要なトルクを制御し、あと の摩擦抵抗やイナーシャ（慣性）を制御するトルクは必要に 応じて補正制御します。

1

張

力

制

御

の

概

要

2

張

力

制

御

の

基

礎

3

ト

ル

ク

制

御

と

速

度

制

御

4

張

力

制

御₍

ト

ル

ク

制

御 )

の

種

類

5

張

力

検

出

器

と

は

6

ア

ク

チ

ュ

エ

ー

タ

7

張

力

制

御

シ

ス

テ

ム

構

築

の

基

礎

8

用

途

例

9

ト

ラ

ブ

ル

事

例

集

10

Ｑ

＆

Ａ

■ 3-1-1　トルク制御のしくみ

送りロール

送りモータ

パウダブレーキ

左図は巻出しを例にしたトルク制御を模式化した図です。 トルク制御では、材料の移動速度が一定の場合、加減速によ るイナーシャの影響や摩擦抵抗がほぼ一定になるので一定の ブレーキトルクを与えるだけで簡単に張力が制御できます。 巻軸の回転速度については、送り速度と巻軸材料巻径により 成行きで決まります。

回転速度が変化しても一定トルクを発生するアクチュエータ※

を採用すれば、巻軸の回転速度変化に関係なく張力を制御す るためのトルクを可変するだけで簡単に目的の張力に制御で きます。

※アクチュエータとは…

巻取軸、巻出軸などに設けられるクラッチ、ブ レーキ、モータなどの駆動、制御機構のことを いいます。

慣性が大きいと大変！

一方、トルク制御は加減速時のイナーシャ（慣性モーメント） の影響や機械摩擦の変化が大きい場合は、これらの影響によ る張力の変動を完全に抑えることは困難です。

巻軸材料の巻径が大きくなると巻軸材料のイナーシャもそれ に従い大きくなり、慣性を補償するためのトルクが大きくな ります。

したがって、慣性が大きいほど、また加減速が速いほどトル ク制御は不利になります。

対応する機器

三菱電機株式会社製

パウダクラッチ

ZKB-BN

形

三菱電機株式会社製

パウダブレーキ

ZKB-XN

形

三菱電機株式会社製

ヒステリシスクラッチ

ZHA

形

三菱電機株式会社製

ヒステリシスブレーキ

ZHY

形

三菱電機株式会社製

AC サーボモータ

MELSERVO-J4

三菱電機株式会社製

インバータ

1

張

力

制

御

の

概

要

2

張

力

制

御

の

基

礎

3

ト

ル

ク

制

御

と

速

度

制

御

4

張

力

制

御₍

ト

ル

ク

制

御 )

の

種

類

5

張

力

検

出

器

と

は

6

ア

ク

チ

ュ

エ

ー

タ

7

張

力

制

御

シ

ス

テ

ム

構

築

の

基

礎

8

用

途

例

9

ト

ラ

ブ

ル

事

例

集

10

Ｑ

＆

■ 3-1-2　速度制御のしくみ

送りロール

材料の速度を検出

送りモータ

サーボモータ

ダンサロール 動

同調

ついていくのが大変！

慣性 増加

左図は巻出しを例にした速度制御を模式化した図です。 実際の機械では、材料を送り出すモータの回転速度を制御す ることになります。

一方張力は、ダンサロール※_{にこの図と同じように重りを吊る}

すか、ダンサロールにエアシリンダなどで加圧することにな ります。

※ダンサロールとは…　　　　　　　 支軸が上下、または左右に移動できる従動ロー ルであり、ロール支軸に与えた荷重によって材 料の張力が決まります。

速度制御は機械の中を移動する材料の速度を検出し、これに 機械のほかの駆動部分が同期同調するように制御するので、 材料移動の安定化が容易です。

また、慣性や機械摩擦のトルク変動があってもトルクは成行 きで決まってくれるので、材料の安定が損なわれることは少 なくなります。

しかし、張力を制御するためのトルクだけを可変することが できないので張力の精度は劣ります。

ダンサ速度制御では、ダンサロールの重りやエアシリンダに より加圧して張力を変化させるが、重りを載せるとダンサロー ルの慣性も増加し、これにより速度検出の応答性が鈍くなっ たり、張力変動を逆に発生させる原因になることもあります。 エアシリンダによる加圧はエアの圧力変動が張力の変動にな ります。

したがって、張力の絶対制御精度はトルク制御より劣ります。

■ダンサロール

ダンサロールとは上下や左右に大きく移動するローラで、ウェイトダンサやスプリングダンサなどの種類があります。

●ウェイトダンサ

モータ

モータ

重り

•張力は重りの重さの１／２となる •ダンサ位置と張力は関係ない

•ダンサ位置は入出力速度差に依存する •加減速でも容易に安定する

•駆動制御軸間の材料長が長くなっても同期 が取りやすい

1

張

力

制

御

の

概

要

2

張

力

制

御

の

基

礎

3

ト

ル

ク

制

御

と

速

度

制

御

4

張

力

制

御₍

ト

ル

ク

制

御 )

の

種

類

5

張

力

検

出

器

と

は

6

ア

ク

チ

ュ

エ

ー

タ

7

張

力

制

御

シ

ス

テ

ム

構

築

の

基

礎

8

用

途

例

9

ト

ラ

ブ

ル

事

例

集

10

Ｑ

＆

Ａ

●スプリングダンサ

モータ

モータ

スプリング ダンパー

•スプリングのバネ力が張力になる •張力によりダンサ位置が変化する •速度差によりダンサ位置は変化しない •ウェイトダンサより張力の制御制度が良い •ショックを吸収する役目もする

•スプリングを安定させる必要がある （ダンパーが必要）

対応する機器

三菱電機株式会社製

AC サーボモータ

MELSERVO-J4

三菱電機株式会社製

汎用インバータ

( ベクトル制御対応 )

FREQROL-A700

三菱電機株式会社製

ベクトル制御用モータ

1

張

力

制

御

の

概

要

2

張

力

制

御

の

基

礎

3

ト

ル

ク

制

御

と

速

度

制

御

4

張

力

制

御₍

ト

ル

ク

制

御 )

の

種

類

5

張

力

検

出

器

と

は

6

ア

ク

チ

ュ

エ

ー

タ

7

張

力

制

御

シ

ス

テ

ム

構

築

の

基

礎

8

用

途

例

9

ト

ラ

ブ

ル

事

例

集

10

Ｑ

＆

3-3 速度制御の例

❶張力検出器

_{による方法}

❷ダンサロールによる方法

•加減速でも容易に安定が得られる •パス長が長くなっても同期が取りやすい •ショックを吸収する役目もする

•張力の精度はエア圧と機械機構に依存する ［ダンサロールによる速度制御の特徴］

モータ

モータ 速度 設定

張力 設定

INV F/V ダンサ 位置 設定

INV ＋ PLG ＋ CMP -モータ

モータ

速度

設定 INV

＋ CMP -F/V 張力 設定

INV ＋ PLG

張力検出器

•簡単な構成で速度制御が行える •張力の精度はダンサ制御より良い •張力の安定性が劣る

•材料の特性で制御性が大きく変化する ［張力検出器※_{による速度制御の特徴］}

※張力検出器とは…

　張力を一旦荷重に変換し、その荷重を電気信号 として取り出す機器のことをいいます。

3-2 トルク制御と速度制御の使い分け

どのような使用条件であっても全 てトルク制御が当てはまるわけで はありません。逆に速度制御が全 て当てはまるわけでもありません。 使用条件に応じて適切な方式を選 ぶ使い分けが必要です。そのため には、それぞれの特徴を知ってお く必要があります。

トルク制御 速度制御

・張力の精度

○

×

アクチュエータの発生するトル クで決まるので、きめ細かい制 御が可能となる。

張力はダンサロールの重りやエ アシリンダの加圧により決まる が、逆に張力の変化があったと きに張力を制御するためのトル クだけを可変できない。

・加減速あり ・巻径の変化大 ・低張力

×

○

慣性の変化によるトルクの変化 の影響を受けるため制御が困 難。

巻軸の慣性に打ち勝つ力で引っ 張らないと巻軸が回転しないた め、張力の下限に制約ができる。

1

張

力

制

御

の

概

要

2

張

力

制

御

の

基

礎

3

ト

ル

ク

制

御

と

速

度

制

御

4

張

力

制

御₍

ト

ル

ク

制

御 )

の

種

類

5

張

力

検

出

器

と

は

6

ア

ク

チ

ュ

エ

ー

タ

7

張

力

制

御

シ

ス

テ

ム

構

築

の

基

礎

8

用

途

例

9

ト

ラ

ブ

ル

事

例

集

10

Ｑ

＆

Ａ

❸パウダクラッチによる方法

左図のとおり走行材料によって多数の従動ロールを駆動させ る場合、従動ロールのメカロスの影響で先頭部に行くほど張 力が過大になることがあります。

これを防止するために各従動ロールを駆動する場合、材料の 伸縮に応じた速度制御が必要となります。

❹ドロー制御の方法

対応する機器

三菱電機株式会社製

張力検出器

LX-TD

形

•張力はパウダクラッチのトルクで可変で きる

•ダンサ位置は入出力速度差に依存する •パス長が長くなっても同期が取りやすい •ダンサ位置と張力は関係ない

［パウダクラッチによる速度制御の特徴］

左図のとおり各ロールをサーボモータで駆動し、比率設定器 によって前段モータよりも後段モータを高速で駆動すること もできます。

伸び率は概略 0.1 〜 5% の値となります。

このように後段ロールを高速駆動する方式をドロー制御とい い、運転張力は材料の伸び率特性によって決定されます。

モータ

モータ _{＋ 張力設定} CMP

-AMP

F/V 速度

設定 INV

INV ＋

PLG

ダンサ 位置 設定

カウンタウェイト

従動ロール 送りロール

過大張力

送りモータ

比率設定器

送りロール

送りモータ

1

張

力

制

御

の

概

要

2

張

力

制

御

の

基

礎

3

ト

ル

ク

制

御

と

速

度

制

御

4

張

力

制

御₍

ト

ル

ク

制

御 )

の

種

類

5

張

力

検

出

器

と

は

6

ア

ク

チ

ュ

エ

ー

タ

7

張

力

制

御

シ

ス

テ

ム

構

築

の

基

礎

8

用

途

例

9

ト

ラ

ブ

ル

事

例

集

10

Ｑ

＆

3-4 システム設計フロー

①機械の要求仕様の確認

②機械仕様の決定

③テンション制御システムの 　工程切分け

④主軸の決定

⑤駆動軸間の制御方式の決定

⑥アクチュエータ方式の決定

⑦アクチュエータの選定

⑧アクチュエータの見極め

⑨制御装置の決定

⑩制御装置の確認

×

×

ウェブの物性、加工工程、機械の目的など

ラインスピード、テンション、巻径、ロール径など

テンションカットの位置、制御主体（方法）など

主軸となる駆動軸を決定

機械仕様の再検討

トルク制御か速度制御かを選ぶ

使用するアクチュエータの種類を選ぶ

アクチュエータの容量（機種）を選ぶ

適切なアクチュエータが選べたか？

制御方式から制御装置を選ぶ

適切な制御装置が選べたか？

完了

テンション制御システムの構築

○

○

1

張

力

制

御

の

概

要

2

張

力

制

御

の

基

礎

3

ト

ル

ク

制

御

と

速

度

制

御

4

張

力

制

御₍

ト

ル

ク

制

御 )

の

種

類

5

張

力

検

出

器

と

は

6

ア

ク

チ

ュ

エ

ー

タ

7

張

力

制

御

シ

ス

テ

ム

構

築

の

基

礎

8

用

途

例

9

ト

ラ

ブ

ル

事

例

集

10

Ｑ

＆

Ａ

ポイント

!

1

張

力

制

御

の

概

要

2

張

力

制

御

の

基

礎

3

ト

ル

ク

制

御

と

速

度

制

御

4

張

力

制

御₍

ト

ル

ク

制

御 )

の

種

類

5

張

力

検

出

器

と

は

6

ア

ク

チ

ュ

エ

ー

タ

7

張

力

制

御

シ

ス

テ

ム

構

築

の

基

礎

8

用

途

例

9

ト

ラ

ブ

ル

事

例

集

10

Ｑ

＆

張力制御（トルク制御）の種類

4-1 手動制御

4-2 半自動制御

（巻径検出式　別名：オープンループ方式）

4-3 全自動制御

1

張

力

制

御

の

概

要

2

張

力

制

御

の

基

礎

3

ト

ル

ク

制

御

と

速

度

制

御

4

張

力

制

御₍

ト

ル

ク

制

御 )

の

種

類

5

張

力

検

出

器

と

は

6

ア

ク

チ

ュ

エ

ー

タ

7

張

力

制

御

シ

ス

テ

ム

構

築

の

基

礎

8

用

途

例

9

ト

ラ

ブ

ル

事

例

集

10

Ｑ

＆

張力制御（トルク制御）の種類

手動制御、半自動制御（巻径検出式　別名：オープンループ方式）、全自動制御（張力フィードバック式　別名：クローズドルー プ方式）の３種類があります。　

■ 4-1-1　手動張力制御とは…

4-1 手動制御

Chapter

4

調整器内蔵の LD-40PSU 形（定電 圧電源装置）や、調整器を外付けし て 用 い る LE-50PAU 形（ 定 電 圧、 定電流切替式パワーアンプ）、LD-10PAU 形（定電流制御方式）など があります。

これらのうち、パワーアンプは後述 のテンションコントローラの出力信 号を増幅して、クラッチ・ブレーキ を励磁するときにも用いられます。 その他、さまざまな電源装置、電源 巻取りや巻出しにおいて、巻径の変化に伴って段階的にクラッ チやブレーキの励磁電流あるいは印加電圧を調整し、ほぼ一 定の張力を得る方式を手動張力制御といいます。

このための電源装置としては電源電圧の変化を自動的に補償 するものや、クラッチ・ブレーキの励磁コイルの温度変化に 対して一定の電流を得るようにしたものなど、数々の製品が 揃っています。

主軸

パワーアンプ 調整ボリューム

パウダブレーキ 巻軸

【デメリット】 ◆制御精度が悪い ◆人の感覚が頼り

◆段階的な制御しか行えない 【メリット】

◆機械式と比較すれば ◦制御安定度が高い ◦調整が簡単 ◆導入コストが安い

三菱電機株式会社製

手動電源装置

LD-40PSU

形

三菱電機株式会社製

パワーアンプ

LE-50PAU

形

三菱電機株式会社製

パワーアンプ

LD-10PAU

形

1

張

力

制

御

の

概

要

2

張

力

制

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基

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3

ト

ル

ク

制

御

と

速

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制

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4

張

力

制

御₍

ト

ル

ク

制

御 )

の

種

類

5

張

力

検

出

器

と

は

6

ア

ク

チ

ュ

エ

ー

タ

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張

力

制

御

シ

ス

テ

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構

築

の

基

礎

8

用

途

例

9

ト

ラ

ブ

ル

事

例

集

10

Ｑ

＆

Ａ

■ 4-1-2　手動電源の使用例

紙やフィルム、線材の加工機で、巻径比（最大径／最小径） が小さい場合、また巻径が変化しない中間軸の場合、また張 力精度が要求されない場合に左図のように手動電源装置が用 いられます。

張力精度は期待できませんが電源装置のパネルのボリューム で容易に張力を変えることができます。また構造が簡単であ り低コストで張力の調整が可能です。

手動電源装置 パウダブレーキ

■ 4-1-3　パワーアンプの使用例

制御軸が多数ありシーケンサで集中制御する場合、左図のと おりパワーアンプを使用するとパウダブレーキ・クラッチを 大変使いやすくすることができます。

パワーアンプ 近接スイッチ

パワーアンプ

1

張

力

制

御

の

概

要

2

張

力

制

御

の

基

礎

3

ト

ル

ク

制

御

と

速

度

制

御

4

張

力

制

御₍

ト

ル

ク

制

御 )

の

種

類

5

張

力

検

出

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と

は

6

ア

ク

チ

ュ

エ

ー

タ

7

張

力

制

御

シ

ス

テ

ム

構

築

の

基

礎

8

用

途

例

9

ト

ラ

ブ

ル

事

例

集

10

Ｑ

＆

■ 4-1-4　手動電源の使用例（モータ検査）

モータ

パウダブレーキ

パワーアンプ

トルク検出器

モータの負荷試験装置の負荷としてパウダブレーキが有効 です。例として左図に示すとおり、出力 600W（トルク 44N•m、回転速度 130r/min）の減速機付モータの特性を測 定するためのパウダブレーキを選定します。

スリップ工率

P

P =

0

.

105

T

Nr =

0

.

105

44

130

=

600(

W

)

（計算結果からわかるように、モータ出力＝パウダブレーキの スリップ工率（発熱量）となります。）

ZKB-5HBN 形 パ ウ ダ ブ レ ー キ（ 許 容 連 続 ス リ ッ プ 工 率 1100W、定格トルク 50N•m、許容回転速度 1800r/min） を選定します。

パウダブレーキの励磁電流を定電流式のパワーアンプを用い 変化させることで、モータへの負荷トルクを変化させ、モー タ電流、回転速度の変化を記録します。

また、トルク検出器からの信号をテンションコントローラに 取り込めば、フィードバック制御することも可能です。

回転速度

センサ パウダブレーキ モータ トルク_センサ

パワーアンプ 記録計

トルク 信号 回転速度

信号 アンプ

回転速度

センサ パウダブレーキ モータ トルク_センサ

記録計

トルク 信号 回転速度

信号

1

張

力

制

御

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概

要

2

張

力

制

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基

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3

ト

ル

ク

制

御

と

速

度

制

御

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張

力

制

御₍

ト

ル

ク

制

御 )

の

種

類

5

張

力

検

出

器

と

は

6

ア

ク

チ

ュ

エ

ー

タ

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張

力

制

御

シ

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ム

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途

例

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ト

ラ

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10

Ｑ

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Ａ

対応する機器

4-2 半自動制御（巻径検出式　別名：オープンループ方式）

■ 4-2-1　半自動制御とは…

【メリット】

◆全自動制御より導入コストが安い ◆安定した制御が行える

◆張力検出器が要らない ◆テーパ制御が容易

【デメリット】

◆メカロスやアクチュエータ特性の影響が出る ◆制御張力が把握できない

テンションコントローラ

近接スイッチ パウダブレーキ

モータ 主軸

巻軸

フィードロール

巻取り、巻出しにおいて巻径を自動的に検出し、巻取りトル クや巻出し制動トルクを制御する方法です。

この方式は張力一定で制御しようとした場合、巻径と巻軸ト ルクは比例する関係により制御が行われ、後述の張力検出方 式（全自動制御方式）に比べ、急激な外乱に過敏な影響を受 けず、安定した張力制御が行えます。また張力検出器が使用 できない機械の制御や簡単にテーパ制御を行いたいときも対 応できます。

ただし、アクチュエータのトルク変化や直線性、メカロスな どの影響を受けるため張力の絶対精度は劣ります。

LD-30FTA

形

三菱電機株式会社製

半自動テンションコントローラ

オープンループ式テンションコントローラ

1

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力

制

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の

概

要

2

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制

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3

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Ｑ

＆

超音波センサ

制御装置

A/D 変換

最小径 最大径変換

~

●超音波式

超音波センサを用いて反射で返ってきた信号を読み取り、巻 径を得る方式です。

◆非接触のため、材料を傷つけません。

◆超音波センサによって検出できない材料もあります。 ◆巻径の増加減少方向と電圧変化方向が一致しません。

近接センサ

材料厚t (μm)

開始径

ØD0 (mm)

制御装置

材料厚 巻径初期値

巻軸パルス

●積算厚み式

巻枠軸に設けられた近接スイッチにより検出された巻枠軸の 回転速度と巻軸径の初期値と材料厚みにより巻径を計算する 積算厚み検出方式です。

この方式は、巻軸１回転あたり材料厚みの２倍分の巻径変化 があることを利用して、巻径の初期値に対しての材料厚みの 累積を計算することにより現在の巻径を求める方式です。

◆近接センサ 1 個で簡単に非接触巻径演算ができます。 ◆材料の伸びや空気の巻込みで誤差が発生します。

◆材料が厚いときは、1 回転あたりのパルス数を増やして対 応できます。

■ 4-2-2　巻径の検出および演算方法

●タッチアーム（レバー）式

制御装置 タッチアーム

ポテンションメータ

A/D 変換

最小径 最大径変換

~

巻径に接触するロールの移動角をレバーの動きで検出し、巻 径に比例した信号を得る方式です。

◆アーム角度検出用センサとしては、ポテンションメータ、 差動トランスなどがあります。

◆材料に接触するために表面に傷がついたりするなど、注意 が必要です。

◆アームの押付け圧を調整する必要があります。 材料に接触せず巻径を演算する方法 材料に接触して巻径を検出する方法

材料に接触せず巻径を検出する方法

●積算厚み式 ●速度厚み式 ●比率演算式 ●タッチアーム（レバー）式